新研究揭示睡眠如何清除大脑“垃圾”

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【大纪元2024年04月16日讯】(大纪元记者林达编译报导)如果说每个人都知道至少应该睡足八小时,并且能给出多种理由,那么这些理由现在又多了一个。在睡眠期间,神经元仍然保持活跃。我们可能没有意识到,但大脑利用这个充电期来清除在醒着的时候积累的“垃圾”。而清理大脑“垃圾”,或可解决老年痴呆问题。

睡眠就像电脑的软重启。我们知道缓慢的脑波与有效的睡眠有关,位于圣路易斯的华盛顿大学(WUSTL)医学院的研究人员现在已经找到了原因。当人清醒时,神经元需要能量来完成复杂的任务,例如解决各种问题和记忆各种信息。人体中的营养物质被利用并提供能量后会留下残渣。当人睡觉时,神经元利用一些有节奏的波动帮助脑脊液穿过脑组织,并排出代谢废物。(延伸阅读:睡觉是养生第一补 中医揭秘最好的睡眠时间

换句话说,神经元需要清除垃圾,以免垃圾堆积并可能导致神经退行性疾病。 WUSTL研究小组在2月28日发表于《自然》(Nature)杂志上的一项研究中解释道,“神经元是大脑清理工作的终极组织者。”

内置垃圾处理器

人类的大脑(以及其它高级生物的大脑)在其功能组织中拥有数十亿个神经元,这些神经元受到血脑屏障(blood-brain barrier)的保护。

这些神经元所做的一切都会产生代谢废物,以蛋白质碎片的形式呈现。其它研究发现这些碎片可能导致阿兹海默症(Alzheimer’s)等神经退行性疾病。

大脑必须以某种方式处理垃圾,而通常是利用胶状淋巴系统(glymphatic system)来处理的,该系统携带脑脊液,通过血管附近的通道将碎片从大脑中移出。然而,现在的问题是:究竟是什么驱动胶状淋巴系统做到这一点,以及是如何做到这一点的? WUSTL团队想要找出答案。

为了解是什么让胶状淋巴系统倾倒垃圾,科学家们对小鼠进行了实验,将探针插入其大脑,并在神经元之间的空隙中植入电极。然后用氯胺酮麻醉小鼠以诱导睡眠。

小鼠入睡后,神经元会发出强烈的电流。虽然麻醉下的脑电波大多又长又慢,但在脑脊液中诱发了相应的电流波。然后,液体会流过硬脑膜(大脑和头骨之间的外层组织),并带走垃圾。(延伸阅读:如何排出脑中废物?这个人体功能很重要

只需冲洗即可

科学家们想要确定神经元确实是推动胶状淋巴系统发挥作用的力量,为此,需对一些小鼠的大脑进行基因改造,使其在睡眠时几乎没有任何神经元活动(不过尚未达到脑死亡的程度),同时让其余小鼠保持不变以进行对比。

在这些基因改造的小鼠中,没有检测到之前看到的长而缓慢的脑电波。结果是,液体不再被推动,也就不能将代谢废物带出大脑。这说明,神经元必须处于活动状态才能让大脑的自我清洁循环过程发挥作用。

此外,研究小组还发现,未经基因改造的小鼠脑电波活动存在消涨,其中速度稍快的脑电波,被认为是针对难以清除的碎片。这就像洗盘子时,需要稍微用力擦洗有特别顽固残留物的地方。

研究人员还找出了为什么之前的实验产生的结果不同。由于携带废物的脑脊液的冲洗在很大程度上依赖于神经元的活动,因此实验所使用的麻醉剂的类型很重要,那些抑制神经元活动的麻醉剂会干扰实验结果。其它早期的实验效果不佳,则是因为将监测硬件植入脑组织的方法较陈旧且更具侵入性,这对研究对象造成了伤害,也扰乱了神经元活动。

研究小组在同一项研究中表示:“我们在这里使用的实验方法很大程度上避免了对大脑实质的急性损伤,从而为进一步研究神经动力学和大脑清理提供了有价值的研究策略。”

现在我们知道神经元可以启动胶状淋巴系统,更多的注意力可以集中在这个过程的复杂性上。获得更多有关代谢废物的积累和清理的信息或有助于了解神经退行性疾病。这是不是入们睡前应该考虑一下的事情?◇#

责任编辑:叶紫微

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